[发明专利]自动化构建最小路网子集的室内路径规划方法

说明书

技术领域

本发明属于室内定位导航领域，特别是涉及一种自动化构建最小路网子集的室内路径规划方法。

背景技术

室内空间的路径规划问题是指在有障碍物的室内空间内，依据某一套评价体系，规划出一条从指定起始点到终止点的最优或者是较优的无碰撞路径。路径规划技术有着广泛的应用领域，例如在物流管理中的车辆问题、城市道路的路径规划问题、机器人的无碰撞行动及其通信领域的路由问题。

在路径规划之前，首要任务为生成路网模型。其次，室内路径规划模块根据起点、终点，并通过相应路径规划算法计算该路网模型的路径点，室内路径规划的目的是计算出一条从出发点到终止点的最佳路径。由于室内空间往往存在多个楼层，故室内地图的路径规划需要实现跨楼层的路径规划问题，即当起始点和终点不在相同楼层时，需要根据楼层的联通情况进行路径规划。

“AI for Game Developers”第六章“Basic Pathfinding and Waypoints”中介绍了目前较为简单的一种路径规划方法，在使用前准备每一层的路径图，路径图采用结构化的模型，对整个室内空间采用节点和边来表示，其中节点代表房间，用边代表走廊，其路径连通图通常由手工编辑生成，该方法也被成为路点法路径规划。

该算法结构简单，使用方便，但路径图的生成较为麻烦。而使用这样的路径图做路径规划算法需要在数据库存储路点之间的连通情况，工作量过于庞大，同时无法避免用户有时会走“Z”型路径，且该算法适用的场景是简单的室内环境，当场景趋于复杂的时候，该算法需要的路点数量过于庞大，在路径点连通情况的表示和路径规划上都会出现问题。

发明内容

为了克服现有室内路径规划方法路径图生成过程繁琐的不足，本发明提供一种自动化构建最小路网子集的室内路径规划方法。该方法首先采用自动构建路网方法完成路网矩阵的建立以提高路径规划算法效率，路网结合基本路径规划算法完成高精度路径规划算法的设计，再利用基本路径规划算法解决单楼层路径规划问题。跨楼层路径规划中通过建立楼层连通模型结合最小路网集合思想完成路径规划。本发明采用自动化构建路网方法能够更简单地完成路径点连通情况模型的搭建，解决了基本的路点法路径规划建立路径图工作量大，容易形成“Z”型路径以及路径精确度低的问题。同时跨楼层路径规划中利用楼层连通模型和最小路网子集，每次路径规划都选取路网中的一个子集进行路径规划，相比背景技术方法，路径图生成过程简单易行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自动化构建最小路网子集的室内路径规划方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、根据路点坐标信息自动构建楼层的路点连通情况，并将其存储在一个二维矩阵中，根据二维矩阵构建建筑物路网。具体为，创建二维矩阵，从第一个路点开始依次尝试与其他路点建立连接，若其连线上有障碍物则将两者之间距离设为无穷大，若无障碍物，则计算两点间欧几里得距离，并将其存入二维矩阵中；执行上述操作直至最后一个路点，完成建筑物路网的构建。

步骤二、自动化构建路点连通矩阵结合A*算法，进行路点间的路径规划。通过调整连通矩阵，最终得出任意两点间的最短距离矩阵。A*算法中估价函数为f(n)＝g(n)+h(n)，其中，g(n)为连通矩阵中起点到第n个节点的距离，h(n)为第n个节点到终点的欧几里得距离，利用该估计函数完成路径规划算法的设计。

步骤三、当进行单楼层路径规划，即起点和终点均在同一楼层时，根据起点和终点的位置信息，找到距离其最近的道路节点，利用找到的道路节点以及该楼层的道路节点路网，实现单楼层的路径规划。

步骤四、当进行跨楼层路径规划时，将建筑物中各个楼层的路网以及各楼层的连通均视为独立结构，根据楼层连通模型，逐层构建连通两个楼层的最小路网子集，通过多次路径规划，完成跨楼层的路径分析。

楼层连通模型根据数据库中存储的楼层连通信息建立初始连通模型，同时结合广度优先算法完善建立最终楼层连通模型。

最小路网子集为起点到终点所需经过的建筑物中楼层路网的最小集合。通过从多层建筑物楼层中选择需要的路网数据建立最小路网子集，结合楼层连通模型进行路径分析，建立两个楼层间的通路。